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课时跟踪检测(十一) 3.1.1 甲烷的性质
(时间：45分钟 分值：100分)
一、选择题(本题包括13小题，每小题5分，共65分)
1．“可燃冰”是海底蕴藏的资源之一，其主要成分是甲烷。以下是甲烷在空气中燃烧的微观过程模拟图，符合该反应微观过程先后顺序的选项是( )
A．②③① B．①③②
C．③②① D．②①③
解析：选D。甲烷和氧气反应生成二氧化碳和水，该过程中首先是分子状态的甲烷和氧气(图②)，然后化学键断裂形成原子(图①)，最后原子重新组合得到二氧化碳和水(图③)。
2．下列对的叙述中正确的是( )
A．有两种结构 B．只有一种结构
C．含有非极性键 D．有四种结构
解析：选B。可以认为该有机物是CH4分子中的四个H原子分别被两个F原子、两个Cl原子替代后的产物。因为CH4分子是正四面体结构，所以该有机物中任意两个顶点原子之间都是相邻关系，即只有一种结构。该有机物中C—F键、C—Cl键都属于极性键。
3．下列关于甲烷的说法不正确的是( )
A．甲烷分子具有正四面体结构
B．甲烷分子中的四个C—H键相同
C．甲烷分子是平面正方形结构
D．甲烷分子的结构式是
解析：选C。甲烷分子的空间结构是正四面体，不是平面正方形。
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4．下列关于甲烷与Cl2的取代反应所得产物的说法正确的是( )
A．都是有机物
B．都不溶于水
C．有一种气态物质，其余均是液体
D．除一种外均是四面体结构
解析：选D。甲烷与Cl2反应的产物中HCl不是有机物，产物中CH3Cl、HCl是气态物质，除HCl外，其余产物均为四面体结构。
5．下列关于甲烷的说法正确的是( )
A．实验室可以用排水法收集甲烷
B．只有纯净甲烷才能在空气中安静燃烧
C．甲烷与溴水发生取代反应
D．甲烷在空气中燃烧只生成二氧化碳和水
解析：选A。甲烷难溶于水，可以用排水法收集，A项正确；甲烷与空气的混合物中甲烷的体积分数只要在爆炸极限之外，甲烷就能安静燃烧，B项错误；甲烷与卤素单质发生取代反应的条件是光照，甲烷不能与溴水反应，C项错误；在氧气不足条件下，甲烷燃烧会生成一氧化碳和水，D项错误。
6．把纯净的甲烷和氯气混合在集气瓶中，用塑料片盖好，放在光亮的地方，片刻后，下列有关说法不正确的是( )
A．瓶内气体的压强不变
B．瓶内气体颜色逐渐变浅
C．产物为CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和 HCl
D．将蘸有浓氨水的玻璃棒伸入瓶内会出现白烟
解析：选A。A.甲烷与氯气反应是气体的物质的量减小的反应，故反应后瓶内气体压强变小，故A错误；B.氯气为黄绿色气体，在反应中被消耗，而生成的有机产物和HCl均无色，故气体颜色变浅，故B正确；C.甲烷可以发生一氯取代、二氯取代、三氯取代和四氯取代，故产物为CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl，故C正确；D.甲烷的取代反应有HCl气体生成，能和浓氨水挥发出的氨气发生化合反应生成氯化铵固体，表现为有白烟生成，故D正确。
7. 如图所示的装置是某次实验最初的情况(夹持装置省略)，烧瓶内盛有等体积的甲烷和Cl2，用光照射烧瓶一段时间，下列说法正确的是( )
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A．只能生成CH3Cl一种有机物
B．烧瓶内液面不可能上升
C．大试管内的液体可能会分层
D．向水中加入石蕊试液后变蓝
解析：选C。甲烷和Cl2反应生成四种氯代物，故A错误；甲烷和Cl2反应生成的一氯甲烷是气体，其余都是液体，烧瓶内压强减小，则液面上升，故B错误；反应生成的二氯甲烷等有机物为油状液体，在水的上层，故C正确；反应生成的HCl溶于水，生成盐酸，显酸性，加入石蕊试液后变红，故D错误。
8．验证某有机物属于烃，应完成的实验内容是( )
A．只测定它的碳、氢原子个数比
B．只要证明它完全燃烧后的产物只有H2O和CO2
C．只测定其燃烧产物中H2O和CO2的物质的量的比值
D．测定该试样的质量及试样完全燃烧后生成H2O和CO2的质量
解析：选D。烃仅含碳和氢两种元素，完全燃烧的产物为CO2和H2O，但燃烧产物只有CO2和H2O的有机物不一定是烃，它可能含有碳、氢、氧三种元素。
9．下列叙述中错误的是( )
A．空气中的甲烷含量在2%时，遇火花会发生爆炸
B．甲烷燃烧放出大量的热，所以是一种很好的气体燃料
C．煤矿的矿井要注意通风并严禁烟火，以防爆炸事故的发生
D．点燃甲烷不一定会爆炸
解析：选A。空气中的甲烷含量在5%～15.4%(体积)范围内，遇火花将发生爆炸。
10．有机物分子里的某些原子(或原子团)被其他原子(或原子团)所替代的反应叫取代反应。下列化学反应中不属于取代反应的是( )
A．CH2Cl2＋Br2CHBrCl2＋HBr
B．CH3OH＋HClCH3Cl＋H2O
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C．2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑
D．CH3—CH2—Br＋H2OCH3—CH2—OH＋HBr
解析：选C。取代反应是指有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应。C项中的反应为置换反应，不是有机反应，更不是取代反应。
11．鉴别CH4、CO、H2三种无色气体的方法是( )
A．点燃——通入澄清石灰水——加入溴的四氯化碳溶液
B．点燃——罩上干燥小烧杯——加入澄清石灰水
C．点燃——通入澄清石灰水
D．点燃——通入酸性KMnO4溶液
解析：选B。根据燃烧后的产物来判断，甲烷燃烧后生成CO2和H2O，H2燃烧后生成H2O，CO燃烧后生成CO2。在火焰的上方罩一个干燥的小烧杯，出现水雾的是甲烷和H2，没有水雾的是CO；然后在有水雾的两个小烧杯里加入澄清石灰水，出现浑浊的是甲烷，无现象的是H2。
12．将标准状况下的11.2 L甲烷和22.4 L氧气混合点燃，恢复到原状况后，气体的体积为( )
A．11.2 L B．22.4 L
C．33.6 L D．44.8 L
解析：选A。CH4＋2O2CO2＋2H2O，因此11.2 L甲烷与22.4 L氧气恰好完全反应生成11.2 L的CO2气体，故选A。
13．为验证甲烷分子中含有C、H两种元素，可将其燃烧产物通过①浓硫酸；②澄清石灰水；③无水硫酸铜。正确的顺序是( )
A．①②③ B．②③
C．②③① D．③②
解析：选D。要证明CH4中含有C、H两种元素，可通过其燃烧产物为CO2和H2O来证明，选②、③，检验时应先检验H2O后检验CO2，故顺序为③②。
二、非选择题(本题包括4小题，共35分)
14．(7分)天然气作为清洁能源，在有助于节能减排的同时，也带来“气荒”等问题，于是出现了“油改气”或“煤改气”。
(1)天然气的主要成分的分子式是______________，电子式为____________，
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结构式为____________；分子里各原子的空间分布呈________结构。
(2)天然气的主要成分在空气中燃烧时的现象是
______________________________________________，反应的化学方程式为
_____________________________________________。
(3)天然气的主要成分与Cl2在光照条件下反应生成一氯甲烷的化学方程式为__________________________________________________。
解析：天然气的主要成分是甲烷，甲烷的分子式、电子式、结构式分别为CH4、甲烷分子是正四面体结构。
答案：(1)CH4
正四面体
(2)产生淡蓝色火焰 CH4＋2O2CO2＋2H2O
(3)CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl
15．(8分)三个装有CH4和Cl2混合气体的集气瓶，用玻璃片盖好瓶口后，分别作如下处理，各有怎样的现象发生？
(1)①置于黑暗中：________________________________________________；
②将点燃的镁条靠近集气瓶外壁：______________________________________；
③放在有光线的房子里：____________________________________。
(2)若要使0.5 mol CH4完全和Cl2发生取代反应，并生成相同物质的量的四种取代产物，则生成HCl的物质的量为________。
A．2.5 mol B．2 mol
C．1.25 mol D．0.5 mol
解析：对于有机反应，反应条件非常重要，通过控制反应条件，可使CH4和Cl2的取代反应发生的现象不同。0.5 mol CH4生成等物质的量的四种取代产物，即0.125 mol CH3Cl
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、0.125 mol CH2Cl2、0.125 mol CHCl3、0.125 mol CCl4，生成HCl的物质的量为n(HCl)＝0.125 mol×1＋0.125 mol×2＋0.125 mol×3＋0.125 mol×4＝1.25 mol，故选C项。
答案：(1)①无明显现象 ②爆炸 ③黄绿色逐渐变浅，有油状液滴生成 (2)C
16．(10分)如图是某同学利用日常用品注射器设计的简易实验装置。甲管中注入10 mL CH4，同温同压下乙管中注入 50 mL Cl2，将乙管气体推入甲管中，气体在甲管中反应，针管放在光亮处一段时间。
(1)下列是某同学预测的实验现象：①气体最终变为无色；②实验过程中，甲管活塞向内移动；③甲管内壁有油珠；④产生火花。其中正确的是________。
(2)甲管中发生化学反应的类型为________。
(3)反应后，下列试剂能用来吸收甲管中剩余气体的是________。
A．水 B．NaOH溶液
C．AgNO3溶液 D．饱和食盐水
(4)反应后，若将甲中的物质推入盛有适量AgNO3溶液的小试管中会观察到__________________________________________，
若再向其中滴入几滴石蕊试液，又观察到
_______________________________________________。
解析：在光照条件下，甲烷与氯气发生反应：CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl，CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl，CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl，CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl。
(1)理论上，甲烷与氯气体积比为1∶4时，二者恰好完全反应，而甲管中氯气与甲烷体积比为5∶1＞4∶1，说明氯气过量，反应后仍有氯气剩余。该反应进行缓慢，不会产生火花。产物中只有氯化氢和一氯甲烷为气体，所以气体的总物质的量减小，内部压强减小，甲管活塞向内移动。
(2)甲烷分子中的四个氢原子可被氯原子逐一取代，故甲管中发生的是取代反应。
(3)剩余气体中含有氯气和氯化氢，可用氢氧化钠溶液吸收剩余气体。
(4)生成的HCl会与AgNO3溶液反应生成AgCl白色沉淀，同时因CH2Cl2、CHCl3、CCl4难溶于水而看到液体分为两层，因Cl2有剩余，若加入几滴石蕊，溶液会先变红后褪色。
答案：(1)②③ (2)取代反应 (3)B (4)液体分为两层，产生白色沉淀 溶液先变红后褪色
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17．(10分)如图所示，U形管的左端被水和胶塞封闭有甲烷和氯气(体积比为1∶4)的混合气体，假定氯气在水中的溶解度可以忽略。将封闭有甲烷和氯气的混合气体的装置放置在有光亮的地方，让混合气体缓慢地反应一段时间。
(1)假设甲烷与氯气反应充分，且只产生一种有机物，请写出反应的化学方程式：________________________________________________________________________。
(2)若甲烷与氯气的体积比为1∶1，则得到的产物为________。
A．CH3Cl、HCl
B．CCl4、HCl
C．CH3Cl、CH2Cl2
D．CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl
(3)反应一段时间后，U形管右端的液面变化是________。
A．升高 B．降低
C．不变 D．无法确定
(4)若水中含有Na2SiO3，则在U形管左端可观察到
________________________________________________。
(5)右端玻璃管的作用是_______________________________________。
解析：(1)因氯气足量，若充分反应，则甲烷中的四个氢原子可完全被取代，生成四氯化碳和氯化氢，反应的化学方程式为CH4＋4Cl2CCl4＋4HCl。
(2)甲烷与氯气的取代反应中四步反应同时发生，故得到四种氯代产物和氯化氢。
(3)甲烷和氯气在光照的条件下发生取代反应，U形管左端生成的氯化氢气体易溶于水且生成的有机物中只有CH3Cl为气体，所以压强减小，U形管右端液面下降，左端液面升高。
(4)因左端生成的氯化氢溶于水后发生反应2HCl＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋2NaCl，所以可观察到有白色胶状沉淀生成。
(5)为了平衡气压，在U形管右端插有一个玻璃管。
答案：(1)CH4＋4Cl2CCl4＋4HCl (2)D (3)B
(4)有白色胶状沉淀生成 (5)平衡气压
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